لقد اكتشف العلماء عملية أساسية ضرورية لهذا الغرض الموصلية الفائقة يحدث عند درجات حرارة أعلى مما كان يعتقد سابقا. يمكن أن تكون هذه خطوة صغيرة ولكنها مهمة في البحث عن أحد “الكأس المقدسة” في الفيزياء، وهو موصل فائق في درجة حرارة الغرفة.
كشف اكتشاف تم داخل مادة غير متوقعة لعازل كهربائي أن الإلكترونات تترابط عند درجات حرارة تصل إلى 190 درجة فهرنهايت (123 درجة مئوية تحت الصفر) – وهو أحد المكونات السرية لتدفق الكهرباء بدون فقدان في الموصلية الفائقة شديدة البرودة. بضائع.
وحتى الآن، كان الفيزيائيون في حيرة من أمرهم بشأن سبب حدوث ذلك. لكن فهم ذلك قد يساعدهم على اكتشاف الموصلات الفائقة في درجة حرارة الغرفة. نشر الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في عدد 15 أغسطس من مجلة علوم.
“أزواج الإلكترونات تخبرنا بأنها جاهزة للموصلية الفائقة، ولكن هناك شيء يمنعها”، مؤلف مشارك كي-جون سوطالب دراسات عليا في الفيزياء التطبيقية في جامعة ستانفورد، قال في بيان. “إذا تمكنا من إيجاد طريقة جديدة لمزامنة الأزواج، فيمكننا استخدامها لإنشاء موصلات فائقة الحرارة عالية الحرارة.”
تنشأ الموصلية الفائقة من التموجات التي تنشأ عندما تتحرك الإلكترونات عبر المادة. عند درجات حرارة منخفضة بما فيه الكفاية، تجذب هذه التموجات النوى لبعضها البعض، وبالتالي تعادل قليلاً الشحنة التي تجذب الإلكترون الثاني إلى الإلكترون الأول.
بشكل عام، يجب أن تتنافر الشحنتان السالبتان. ولكن بدلاً من ذلك، يحدث شيء غريب: تترابط الإلكترونات لتشكل “زوج كوبر”.
متعلق ب: فضاء.com/satellites-re-entering-magnetosphere-efficiency-study” style=”text-decoration: underline; box-sizing: border-box;”>يمكن أن يؤثر الحطام الناتج عن حرق الأقمار الصناعية على المجال المغناطيسي للأرض
تتبع أزواج كوبر بشكل مختلف ميكانيكا الكم القواعد بدلا من الإلكترونات الفردية. فبدلاً من تكديسها للخارج في أغلفة طاقة، فإنها تتصرف مثل جسيمات الضوء، التي يمكن لعدد لا حصر له منها أن يشغل نفس النقطة في الفضاء في نفس الوقت. إذا تم إنشاء ما يكفي من أزواج كوبر هذه في جميع أنحاء المادة، فإنها تصبح سائلًا فائقًا، يتدفق دون فقدان الطاقة بسبب المقاومة الكهربائية.
تحولت الموصلات الفائقة الأولى، التي اكتشفها الفيزيائي الهولندي هايك كامرلينج أونيس عام 1911، إلى حالة المقاومة الصفرية عند درجات حرارة باردة لا يمكن تصورها – بالقرب من الصفر المطلق (ناقص 459.67 فهرنهايت، أو ناقص 273.15 درجة مئوية). ومع ذلك، في عام 1986، اكتشف الفيزيائيون مادة ذات أساس نحاسي، تُسمى النحاسات، والتي تصبح موصلًا فائقًا عند درجة حرارة شديدة الحرارة (ولكنها باردة جدًا) سالب 211 فهرنهايت (ناقص 135 درجة مئوية).
ويعتقد الفيزيائيون أن هذا الاكتشاف سيؤدي إلى موصلات فائقة في درجة حرارة الغرفة. ومع ذلك، تضاءلت المعرفة حول الأسباب التي تدفع النحاسات إلى إظهار سلوكها غير المعتاد، وفي العام الماضي، انتهت الادعاءات الفيروسية بوجود موصلات فائقة محتملة في درجة حرارة الغرفة. مزاعم تزوير البيانات و خيبة أمل.
لمزيد من التحقيق، تحول العلماء وراء البحث الجديد إلى كبريتات تسمى أكسيد النحاس النيوديميوم السيريوم. الحد الأقصى لدرجة حرارة التوصيل الفائق لهذه المادة منخفض نسبيًا عند -414.67 فهرنهايت (-248 درجة مئوية)، لذلك لم يكلف العلماء أنفسهم عناء دراستها كثيرًا. لكن عندما سلط باحثو الدراسة الضوء فوق البنفسجي على سطحه، رأوا شيئا غريبا.
عادة، عندما تضرب حزم من الضوء، أو الفوتونات، نحاسات تحمل إلكترونات غير متزاوجة، فإن الفوتونات تنقل طاقة كافية للإلكترونات لطردها من المادة، مما يؤدي إلى فقدان المزيد من الطاقة. لكن الإلكترونات الموجودة في أزواج كوبر يمكن أن تقاوم قذفها الفوتوني، مما يتسبب في فقدان المادة لبعض الطاقة.
وتحدث حالة المقاومة الصفرية فقط عند درجات حرارة منخفضة للغاية، ووجد الباحثون أن فجوة الطاقة استمرت حتى 150 كلفن في المادة الجديدة، وكان الاقتران، بشكل غريب، الأقوى من أفضل العينات في مقاومة التدفق الكهربائي. حاضِر.
وهذا يعني أنه على الرغم من أنه من غير المرجح أن يحقق النحاسات الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة، إلا أنه قد يحمل بعض الأدلة في اكتشاف مادة ما.
وقال كبير الباحثين جي شون شين، أستاذ الفيزياء في جامعة ستانفورد، في التقرير: “تفتح النتائج التي توصلنا إليها طريقا جديدا غنيا للأمام. ونحن نخطط لدراسة فجوة الاقتران هذه في المستقبل للمساعدة في هندسة الموصلات الفائقة باستخدام أساليب جديدة”. “من ناحية، نخطط لاستخدام أساليب تجريبية مماثلة للحصول على مزيد من التبصر في حالة الاقتران غير المتزامن هذه. ومن ناحية أخرى، نريد إيجاد طرق لمعالجة هذه المواد لإجبار هذه الأزواج غير المتزامنة على التزامن.”
